王小妹,卢保森
(中山大学化学与化学工程学院,广州510275)
摘要:采用不同结构类型的反应型乳化剂应用于苯丙微皂乳液的聚合,讨论了聚合方式、乳化剂的结构类型和用量等对乳液聚合及性能的影响。借助DSC、粒径分布仪、FT-IR、拉力机、TEM等仪器及分析技术对制得的苯丙乳液的性能进行表征分析,发现通过半连续核壳乳液聚合方式,采用合适的反应型乳化剂复配体系,可以制备出综合性能优异,粒径小于100nm的苯丙微皂乳液。
关键词:反应型乳化剂;两阶段聚合;微皂乳液;半连续核壳聚合;苯丙乳液;半连续乳液共聚合
0引言
苯丙乳液是乳液聚合中研究较多的体系,也是当今世界有重要工业应用价值的十大非交联型乳液之一[1]。由于其较高的性价比,在建筑涂料、金属表面乳胶涂料、地面涂料、防火涂料、纸张粘合剂、胶粘剂、油墨等领域应用广泛[2]。近年来,进一步提高和完善苯丙乳液性能的研究日趋活跃,采用反应型乳化剂制备微皂乳液就是热点之一[3-6]。微皂乳液是指采用带有反应性基团的单体或高分子作反应型乳化剂部分或全部替代传统乳化剂体系合成的乳液。采用反应型乳化剂比传统乳化剂有明显的优点,由于其具有聚合活性,其反应性官能团能参与乳液聚合反应,除了起常规乳化剂的作用外,还可以共价键的方式键合到聚合物粒子表面,成为聚合物的一部分,避免了乳化剂从聚合物粒子上解吸或在乳胶膜中迁移,大大减少了乳胶膜表面的亲水基团,从而能提高乳液的稳定性并改进乳胶膜的耐水性和力学性能[7]。同时通过粒子设计,可以有效地调节乳液的最低成膜温度(MFT),提高乳液的成膜性能[8]。本文通过粒子设计,采用不同的反应型乳化剂体系,考察了反应型乳化剂的结构类型对苯丙微皂乳液聚合及性能的影响。
1实验部分
1.1主要实验原料
苯乙烯(St)、丙烯酸-2-乙基己酯(2-EHA)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酸(AA):工业级,均为东方化工厂产品;过硫酸铵(APS)、正戊醇(n-PTL)、醋酸钠(NaAc):分析纯,均为广州市化学试剂厂产品;聚甲基丙烯酸钠(保护胶):自制;氨水:工业级,广州市东江化工厂;乳化剂列于表1。
1.2苯丙乳液的制备
半连续乳液共聚合:将部分乳化剂、去离子水、单体加入三口烧瓶中,高速搅拌30min,制得预乳液;将剩余乳化剂、保护胶、pH缓冲剂、去离子水加入装有回流冷凝管、搅拌器、恒温水浴、恒压滴液漏斗的四口烧瓶中搅拌溶解后,加入少部分预乳液,升温至70℃,加入引发剂,继续升温至80℃,并恒温15～20min后,控制3h滴加完预乳液;然后在90℃熟化1h;最后降温到50～60℃时进行氨化,调节pH值为7～8,过滤出料。
表1本研究主要使用的乳化剂
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半连续核壳乳液聚合(两阶段聚合):将部分乳化剂、去离子水加入三口瓶中搅拌溶解,加入部分单体制备预乳液A;按同样的步骤制备单体预乳液B;将剩余的乳化剂、保护胶、缓冲剂、去离子水加入装有回流冷凝管、搅拌器、恒温水浴装置、恒压滴液漏斗的四口烧瓶中搅拌溶解,加入部分预乳液A作为种子,搅拌分散后,将温度升至70℃加入引发剂。继续升温至80℃,缓慢滴加预乳液A,2h左右滴加完毕后,滴加预乳液B作壳,1h左右滴加完毕;待预乳液B滴加完毕后,在90℃保温熟化1h;降温至50～60℃时进行氨化,调节pH值为7～8,过滤出料。
